Аэродинамические нагрузки и динамические напряжения, действующие на рабочее колесо центробежного компрессора (стр. 2 из 5)
Краткое содержание работы
Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель работы и приведены основные научные результаты.
центробежный компрессор рабочее колесо
Первая глава содержит анализ современного состояния проблемы усталостной прочности РК ЦК. Отражены исследования физической картины потока в областях, непосредственно примыкающих к РК, и нестационарности потока, определяемой окружной неравномерностью давления около дисков РК, а также приведены методы определения переменных аэродинамических нагрузок и динамических напряжений, действующих на РК. Отмечен значительный вклад Яновского М.И., Скубачевского Г.С., Жирицкого Г.С., Биргера И.А., Шорра Б.Ф., Раера Г.А., Риса В.Ф., Демьянушко И.В., Образцова И.А. и др. в развитие науки о прочности рабочих колес турбомашин. Отражены результаты проведенных ранее исследований Красильникова В.А., Алемасовой Н.А., Измайлова Р.А., Селезнева К.П., Евгеньева С.С., Ильина А.Л. и др. Все указанные работы способствовали улучшению прочностных и газодинамических характеристик. Однако задача получения метода определения переменных аэродинамических нагрузок и динамических напряжений применительно к центробежным ступеням с РК закрытого и полуоткрытого типа с пространственными лопатками в широком диапазоне коэффициентов расхода (Ф0=0,025-0,07-0,09) в них не ставилась. В литературе недостаточно отражены результаты экспериментальных исследований переменных аэродинамических нагрузок современных конструкций ступеней ЦК с РК закрытого и полуоткрытого типа с пространственными лопатками, БЛД, ЛД и КК. Отсутствует инженерный метод определения переменных аэродинамических нагрузок и динамических напряжений РК закрытого и полуоткрытого типа с пространственными лопатками.
В результате анализа сформулированы задачи настоящего исследования.
Во второй главе дано описание проведенного экспериментального исследования неравномерности потока по окружности и радиусу около дисков РК. В качестве объектов исследования приняты три характерные ступени концевого типа, каждая из которых включала: входной аппарат, РК, БЛД или ЛД и КК или внутреннюю улитку (ВУ). Параметры этих ступеней приведены в таблице 1.
Экспериментальные исследования проведены на стенде газодинамики ЗАО "НИИтурбокомпрессор им.В.Б. Шнеппа", аттестованном согласно ГОСТ 24555-81. Стенд оснащен всеми необходимыми системами, позволяющими безопасно эксплуатировать его в диапазоне частот вращения ротора исследуемой ступени n=5000-25000об/мин. Система измерения дает возможность определять величины температуры одновременно в 60 точках отбора, избыточного давления в 100 точках отбора и перепада давления на диафрагме с записью и обработкой их на ПЭВМ в процессе испытания.
В работе использованы следующие методы исследования:
пневмометрический - для измерения поля статических давлений в зазорах между дисками РК и корпусом;
термоанемометрический - для выявления частот и амплитуд пульсаций скорости за РК с частотой опроса 2,5 кГц;
тензометрический - для выявления пульсаций статического давления на передней стенке за РК с частотой опроса 5 кГц.
Таблица 1
| № ступени | Тип вых. устройства | Тип РК | bл2 |  | z2 | z3 | Mu | W | hпол |  (расч) |  (расч) |
| №1 | КК | Закрытое с цилиндрическими лопатками | 90° | 0,017 | 23 | 0,5-0,7 | 0,47 | 0,63 | 0,27 | 0,025 | |
| №2 | КК | Закрытое с пространственными лопатками | 45° | 0,068 | 13 | Вариант с БЛД | |||||
| - | 0,5-0,7 | 0,67 | 0,82 | 0,3 | 0,07 | ||||||
| Вариант с ЛД | |||||||||||
| 10 | 0,5-0,7 | 0,67 | 0,84 | 0,23 | 0,062 | ||||||
| №3 | ВУ | Полу открытое с пространственными лопатками | 50° | 0,059 | 17 | 19 | 1,1 | 0,65 | 0,81 | 0,34 | 0,09 |
Результаты экспериментальных исследований показали, что переменные безразмерные давления
в зависимости от типа ступени, режимов работы, наличия БЛД или ЛД, покрывного или основного диска могут составлять 10-30% от среднего значения давления по окружности.На основе собственных экспериментальных данных и данных других авторов построены обобщенные графики в виде зависимости неравномерности давления
на 
(А - амплитуда неравномерности давления, 
- среднее давление по окружности на данном радиусе) от степени реактивности РК W (рис.1) и коэффициента затухания неравномерности давления 
, где 
- на любом радиусе, от радиуса 
для ступеней с БЛД и ЛД. Полученные зависимости позволяют найти неравномерность давления на любом радиусе для ступеней с подобной геометрией, исследованных нами и другими авторами. Для ступеней с БЛД и пространственными РК полученные данные дополняют приведенные в литературе данные для РК с цилиндрическими лопатками. Для ступеней с ЛД полученные обобщенные зависимости в литературе отсутствовали.По обобщенным данным для ступеней с БЛД наибольшее влияние на относительную неравномерность давления
на выходе из РК при 
оказывает реактивность ступени W. С ее уменьшением, т.е. с ростом уровня скоростей за РК, величина заметно растет. Этот рост более заметен для течения около покрывного диска РК и менее - около основного, что связано с меньшей величиной протечки через уплотнение вала.Коэффициент КА, позволяющий определить
на любом радиусе при известном на , снижается с уменьшением (рис.2). Наиболее заметно это снижение для покрывного диска проявляется при 
и малых величинах W. Для основного диска характер изменения КА с уменьшением сохраняется, но проявляется при 
. Для ступени №1 ( 
, 
) величина КА резко уменьшается на участке 
. 
По полученным обобщенным данным для ступеней с ЛД с увеличением реактивности ступени W величина
снижается менее заметно по сравнению с при использовании БЛД (рис.2).Для основного диска величина КА заметно снижается на участке
и не сильно зависит от режима работы ступени.Проведен гармонический анализ распределения безразмерного статического давления по окружности за РК в области
в программной среде Mathcadс использованием команды CFFT - стандартного преобразования Фурье. Выявлены гармоники, имеющие максимальные амплитуды: для ступени №1 с БЛД ( , , 
) k=1-6, для ступени №2 с БЛД ( 
, 
, 
) k=1-4 (рис.3).Гармонический анализ распределения статических давлений по окружности за РК в области
, полученных другими авторами, показал для ступени , 
, цилиндрические лопатки, 
(ЗАО "НИИтурбокомпрессор") k=1-2, для ступени 
, 
, цилиндрические лопатки, 
(АО "Невский завод") k=1-2. Для ступени 
, 
, прямые лопатки, 
(ЗАО "НИИтурбокомпрессор") k=1-5.